JP7233688B2

JP7233688B2 - 液中物の測定方法およびシステム

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Publication number: JP7233688B2
Application number: JP2019022791A
Authority: JP
Inventors: 宇之上村; 洋裕小林
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2039-02-12
Also published as: JP2020134134A

Description

本発明は、液中に存在する生物等の寸法を測定する方法およびシステムに関する。

例えば魚類の養殖にあたり、魚群を構成する個体のサイズを把握することは重要である。魚の成長や肥育の度合に応じて適切な量の餌を与えたり、出荷の時期を見極める必要があるからである。従来、こうしたサイズの把握は、古典的なサンプリング法によって行われていた。すなわち、養殖対象から定期的に一部（例えば、数十個体程度）を抜き取り、各個体の体長等を測定するのである。

しかしながら、このようなサンプリング法は、サンプルの捕獲回収や測定といった作業に非常に手間がかかるばかりか、場合によってはサンプルとして採取した個体を傷つけて商品価値を下げてしまうリスクもある。

サンプリング法に代わる方法としては、例えば二眼カメラを用いて魚群の画像を取得し、取得した画像内における個体の寸法から、対象とカメラとの距離を考慮して実寸を割り出す方法が考えられる。

尚、水中の対象物の寸法等を測定し得る技術を記載した文献としては、例えば、下記の特許文献１がある。

特開２０１７－０８３３４２号公報

しかしながら、画像に基づいて寸法を測定しようとする場合、対象物の形状等によっては、点と点の間の直線距離を単純に測定する方法では正確な寸法を取得できない可能性がある。例えば、対象物が魚である場合、姿勢によっては全体あるいは一部が湾曲した状態で画像に映り込むことがあるが、そうした画像から魚の体長を求めるときに、単に前端と後端を結んだ線分の長さを測るのでは、測定される体長が実際より短くなってしまう。そこで、画像内における対象物の姿勢や形状にかかわらず、対象物の寸法を精度よく測定する技術が望まれていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、対象物の寸法を画像に基づいて精度よく簡便に取得し得る液中物の測定方法およびシステムを提供しようとするものである。

本発明は、画像内に映り込んだ液中の対象物の占める領域のうち、Ｘ方向に関する端部にあたる端点の座標を計測点の座標として取得すると共に、前記端点同士の間の複数のＸ座標において、前記対象物の占める領域のＹ方向に関する中央にあたる中間点の座標を計測点の座標として取得し、Ｘ方向に隣接する前記計測点間の距離の合計値として算出した計測線の長さを、対象物の長さとして取得することを特徴とする液中物の測定方法にかかるものである。

本発明の液中物の測定方法においては、各Ｘ座標における前記対象物の占める領域のＹ方向に関する両端の座標をそれぞれ始点の座標および終点の座標として取得し、前記始点と前記終点を結ぶ線分の中点にあたる座標を前記各中間点の座標として取得することができる。

本発明の液中物の測定方法においては、前記対象物を撮像した元画像から、前記対象物の占める領域の画素を一の値に、それ以外の領域の画素を他の値に設定した二値画像を対象物判別画像として生成することができる。

本発明の液中物の測定方法においては、前記対象物は水中生物とすることができる。

また、本発明は、対象物の画像データを取得する撮像装置と、取得した画像データを解析する解析装置を備え、上述の液中物の測定方法を実行可能に構成したことを特徴とする液中物の測定システムにかかるものである。

本発明の液中物の測定方法およびシステムによれば、対象物の寸法を画像に基づいて精度よく簡便に取得し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施による液中物の測定システムの構成の一例を示す斜視図である。測定装置の使用状態の一例を示す正面図である。撮像装置により対象物を撮像して得られる元画像の一例である。画像内における対象物の位置と、撮像装置からの対象物の距離の関係を説明する概略図であり、（Ａ）は装置と対象物の位置関係を示す図、（Ｂ）は撮像装置によって取得された画像を示す図である。スケールの使用例を説明する概略図であり、（Ａ）はスケールの設置状態を示す図、（Ｂ）は画像内におけるスケールの像を示す図である。スケールの別の使用例を説明する概略図であり、（Ａ）はスケールの設置状態を示す図、（Ｂ）は画像内におけるスケールの像を示す図である。元画像に基づき生成される対象物判別画像の一例である。本発明の実施による液中物の測定方法において、計測点の座標を取得する手順の一例を示すフローチャートである。本発明の実施による液中物の測定方法において、計測線の長さを取得する手順の一例を示すフローチャートである。対象物判別画像における計測点の座標を取得する方法を説明する模式図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の液中物の測定システムに用いる測定装置の形態の一例を示している。測定装置１は、撮像装置２と、該撮像装置２の撮像範囲Ａ内に標識光３を照射する照射装置４とを備えている。撮像装置２と照射装置４は棒状の支持部５に互いに離間して取り付けられており、撮像装置２は光軸が支持部５の軸線に対して略直角となるように固定されると共に、照射装置４は標識光３が撮像装置２の撮像範囲Ａ内に照射されるよう、支持部５の軸線に対して斜めに取り付けられる。撮像装置２と照射装置４からはそれぞれ外部へケーブル２ａ，４ａが延びており、該ケーブル２ａ，４ａは制御装置６や、図示しない電源装置に接続されている。撮像装置２、照射装置４に対しては、ケーブル２ａ，４ａを通じて図示しない前記電源装置から電力が供給されるほか、制御装置６から入力される操作信号２ｂ，４ｂによって動作が制御されるようになっている。また、撮像装置２からは、取得した画像データがデータ信号２ｃとして制御装置６へ送信されるようになっている。

制御装置６において取得された画像データは、さらに解析装置１２へ入力され、該解析装置１２において、後述する対象物１０の測定工程が実行される。解析装置１２は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、画像データの処理や解析を行うことができる。尚、制御装置６および解析装置１２の構成はここに示した例に限定されず、画像に基づく対象物１０の寸法の測定を好適に実行できる限りにおいて適宜変更することができる。例えば、制御装置６と解析装置１２を一体に構成しても良いし、あるいは制御装置を撮像装置２や照射装置４に個別に備え、撮像装置２で取得した画像データを手動で解析装置１２に移すようにしてもよい。

撮像装置２は、例えば防水機能を備えた水中カメラである。照射装置４は、例えばラインレーザ装置であり、先端の照射口４ｃを中心として標識光３を扇状に放射するようになっている。標識光３は、撮像装置２の画角の頂点から離れた位置から撮像範囲Ａへ、撮像装置２の光軸方向に対して斜めの面をなして照射される。この際、標識光３は、扇状の標識光３のなす面が、撮像装置２の光軸と、照射装置４の照射口４ｃとを含む平面（以下、面Ｂ１と称する。尚、図示は省略する）に直交するよう照射することが好ましい。照射装置４は、支持部５に対し決まった角度で据え付けても良いし、標識光３の照射角を調整できるよう、支持部５に対し首振り可能に取り付けても良い。

尚、撮像装置２と照射装置４とは、支持部５を介さず、例えばワイヤや骨組み等により別々に支持することも可能であるが、撮像装置２と照射装置４とを互いに適切な位置関係で支持するには、上述の如く棒状あるいはパイプ状の支持部５を用いるのが最も簡便であり、構成面でも簡単である。

測定装置１を使用する際には、例えば図２に示す如く、支持部５の適宜箇所に浮具７を取り付ける（尚、図２では説明の便宜上、ケーブル２ａ，４ａや制御装置６、解析装置１２の図示を省略している。図５、図６についても同様である）。液８に浮具７を浮かべると、撮像装置２と照射装置４を支持部５によって支持した装置の全体が、浮力によって液８に対し保持される。浮具７による支持部５の支持点を適宜位置（撮像装置２に加わる重力と浮力の合力によるモーメントと、照射装置４に加わる重力と浮力の合力によるモーメントが釣り合う位置）に設定しておけば、支持部５は液８中に略水平に支持される。そして、撮像装置２は下方の液８中を撮像範囲Ａに収めるよう、下向きに配置されると共に、照射装置４は撮像範囲Ａに対して標識光３を照射するように斜めに配置される。尚、支持部５の角度や、撮像装置２と照射装置４との位置関係は必ずしも特に水平を保つ必要はなく、撮像装置２により適当な空間を撮像範囲Ａに収め、且つ該撮像範囲Ａ内に照射装置４から標識光３を照射できるような配置となっていれば足りる。

測定装置１の適宜位置（ここに示した例では浮具７）には索９を取り付け、該索９を介して測定装置１を移動できるようにすると好適である。

以上の如く設置した測定装置１を用い、液８中の対象物１０を撮像装置２により撮像し、取得された画像に基づいて対象物１０の寸法を測定する。対象物１０は、例えば水や海水である液８中を遊泳する魚介類等の生物であり、ここでは魚を想定しているが、生物以外の構造物や物体、あるいは構造物の一部等を対象物としても良い。

魚等である対象物１０を、液面付近に位置する撮像装置２により上方から撮像すると共に、撮像範囲Ａに対し照射装置４から標識光３を照射する。撮像範囲Ａ内、且つ標識光３の光路上に対象物１０があれば、標識光３が照射された対象物１０を撮像装置２により撮像することができる。取得した画像データは、データ信号２ｃとして制御装置６（図１参照）へ送られ、さらに解析装置１２（図１参照）における測定に供される。解析装置１２では、画像内に映り込んだ対象物１０の実寸を求めることができるようになっており、特に、長手方向の実寸を精度よく得ることができる。

以上の如き測定システムにより、以下に説明する測定方法を用いて、対象物１０の寸法を測定する。画像に基づいて対象物１０の実寸を得るには、１）画像内における寸法と実寸の対応関係を把握し、２）画像内における対象物１０の形状を把握し、３）求める対象物１０の寸法を画像内において測定し、４）画像内における寸法と実寸の対応関係から実寸を求める、という手順を踏む。本発明は、このうち特に手順３に特徴を有しているが、以下では手順１から順番に説明する。

・手順１）画像内における寸法と実寸の対応関係の把握

画像内における寸法と実寸の対応関係を決定するための方法として、以下の２例（方法ｉ、方法ｉｉ）を説明する。尚、ここに例示した方法ｉ、ｉｉはそれぞれ一例であって、これ以外の方法によって画像内における寸法と実寸の対応関係を求めても良い。
・方法ｉ）撮像装置２から対象物１０までの距離を求め、その距離に基づき、画像内における寸法と実寸の対応関係を求める。
・方法ｉｉ）撮像範囲Ａ内に設置されたスケールに基づき、画像内における寸法と実寸の対応関係を求める。

まず、方法ｉについて説明する。図３は、撮像装置２により取得される画像の一例を示している。ここに示した例では、画像外の左手前の位置から右奥に向かって標識光３を照射しており、撮像範囲Ａないし画像内における標識光３の照射位置は、対象物１０と撮像装置２との距離に対応している。すなわち、標識光３の照射された対象物１０が画像内の左寄りの位置にあれば撮像装置２に近く、右寄りの位置にあれば撮像装置２から遠いと判断できる。

図４を用いてさらに具体的に説明する。図４（Ａ）に示す如く、標識光３の照射された対象物１０と、撮像装置２との光軸方向の距離（より詳しくは、撮像装置２における画角の頂点から対象物１０までの光軸方向における距離）をＬ、面Ｂ１（照射装置４の照射口４ｃとを含む平面）に沿い且つ光軸と直交する方向（以下、左右方向とする。また、光軸方向および左右方向に直交する方向を前後方向とする）の距離をＭとする。また、撮像装置２の光軸と直交し且つ撮像装置２における画角の頂点が位置する面（面Ｂ２とする。図示は省略する）において、面Ｂ２と標識光３のなす面との交線と、撮像装置２との距離をＰとする。尚、ここでは照射装置４の照射口４ｃが撮像装置２の画角の頂点と共に面Ｂ２に位置しているので、照射口４ｃと撮像装置２との間の距離が距離Ｐである。さらに、撮像装置２の光軸と直交し、標識光３の照射された対象物１０のある平面において、撮像範囲Ａの幅（すなわち、左右方向の寸法）をＷとし、また、撮像範囲Ａの光軸に関して照射装置４とは反対側の端部から、対象物１０における標識光３の照射点までの左右方向の距離をＸとする。撮像装置２の左右方向における画角をθ、標識光３のなす面が撮像装置２の光軸に対してなす角度をαとする。

撮像装置２においては、実空間における左右方向と前後方向をそれぞれ幅方向および高さ方向とする画像が取得される（図４（Ｂ）参照）。この画像の幅方向の画素数をＷ_ｐｉｘ、高さ方向の画素数をＨ_ｐｉｘとする。また、撮像装置２の光軸に関して照射装置４の設置位置とは反対側の端部（図の右端）から、画像内の対象物１０における標識光３の照射点までの画素数をＸ_ｐｉｘとする。

このとき、以下の式が成り立つ。
［式１］
ｔａｎα＝（Ｐ－Ｍ）／Ｌ
ｔａｎ（θ／２）＝Ｗ／２Ｌ
Ｍ＝Ｘ－Ｗ／２
Ｘ／Ｗ＝Ｘ_ｐｉｘ／Ｗ_ｐｉｘ

これを整理すると、以下の式が得られる。
［式２］
Ｌ＝Ｐ／｛ｔａｎα＋（２Ｘ_ｐｉｘ／Ｗ_ｐｉｘ－１）ｔａｎ（θ／２）｝

Ｐ、ｔａｎ（θ／２）、ｔａｎα、Ｗ_ｐｉｘは撮像装置２や照射装置４の配置や仕様により決まる定数であり、Ｘ_ｐｉｘは画像から読み取れるので、上記式２より、画像から撮像装置２と対象物１０との光軸方向における距離Ｌを求めることができる。このように、本実施例の液中物測定装置１によれば、上述の如き簡単な構成（図１、図２参照）と単純な計算（上記式２参照）によって簡便に対象物１０の距離Ｌを割り出すことができる。手動によっても簡単な数式で距離Ｌを導出でき、自動で計算する場合も処理に要する時間は最少限で済む。

一方、図３に示す画像において、目的の対象物１０の実寸あたりの寸法、すなわち、対象物１０における単位実長あたりの画素数は、撮像装置２と対象物１０との光軸方向における距離Ｌによって決まり、且つ距離Ｌと対象物１０における単位長さあたりの画素数との関係は、撮像装置２の仕様や設定によって決まる。したがって、上述の如き計算式により距離Ｌを求めることで、標識光３の照射された対象物１０の寸法を画像から把握することができる。

ここで、本実施例では上述の如く、標識光３のなす面が面Ｂ１（照射装置４の照射口４ｃとを含む平面）に直交するように標識光３を照射している。このため、例えば図３に示す如き画像が得られた場合において、標識光３の照射された部分（以下、「照射部」とする）の撮像装置２に対する光軸方向における距離Ｌは、画像内における幅方向の位置（Ｘ_ｐｉｘ）によって決まり、高さ方向の位置を考慮する必要はない。つまり、画像の左右端から一定の距離にある照射部に関し、高さ方向の位置にかかわらず距離Ｌが決定されることになり、距離Ｌを算出するにあたって計算が簡便である。標識光３のなす面が面Ｂ１に直交しない場合でも距離Ｌを求めることは可能であるが、その場合、標識光３の照射部の高さ方向の位置等も加味して距離Ｌを計算する必要があり、計算式はより複雑となる。

尚、上に説明した計算式はあくまで一例である。例えば、画像内における距離を表す値として画素数（Ｗ_ｐｉｘやＸ_ｐｉｘ）を用いているが、これらの代わりに例えば図３の如き対象物１０を映した画像における寸法や、印刷した紙面における寸法を採用しても良い。上記の如き算出方法では、画像に対する対象物１０の位置、言い換えれば画像における寸法比（ここではＸ_ｐｉｘ／Ｗ_ｐｉｘ）が問題なのであり、画像内における距離の絶対値は重要ではない。

また、ここでは標識光３を撮像装置２の光軸に対し、角度αをなす向きで斜めに照射する場合を例示したが、この角度α自体は本発明の原理上、さほど重要ではなく、例えば標識光３のなす面を光軸に対して平行としても、上と同様の手順で距離Ｌを割り出すことができる（このとき、Ｐ＝Ｍ、ｔａｎα＝０となる）。原理的には、標識光３は光路が撮像装置２の画角の頂点を通らず、且つ撮像範囲Ａ内に照射されていれば足りるのである。ただし、対象物１０の測定を効率よく行うためには、標識光３は被照射点が撮像装置２から離れすぎない範囲で（標識光３の照射された対象物１０が撮像装置２から離れていると、その分だけ前記対象物１０と撮像装置２との間に別の対象物１０やその他の障害物等が入ったり、目的の対象物１０の映りが不鮮明になるなどし、目的の対象物１０の外形を把握することが困難になる可能性がある）、撮像範囲Ａ内のなるべく広範囲に照射されることが好ましい。よって、撮像装置２に対する照射装置４の位置（図４（Ａ）における距離Ｐ）や、照射装置４から照射する標識光３の角度（図４（Ａ）における角度α）といった条件は、実際の使用において得られる画像の内容等に鑑みてその都度調整しながら設定すると良い。

尚、距離Ｌを求める際に用いる計算式の具体的な内容は、ここに説明した以外にも、各機器の配置やその他の条件によって種々変動し得る。

続いて、スケールを用いる方法ｉｉについて説明する。例えば図５（Ａ）中に示す如く、撮像装置２の撮像範囲Ａ内に、所定の寸法を有する複数のスケール１１を配置する。ここに示した例では、一辺の長さが所定の寸法（例えば、１０ｃｍ）である２つのスケール１１を、撮像装置２からの距離が互いに異なるように設置する。例えば、一方のスケール１１ａは撮像装置２から１ｍ離れた位置に配置し、他方のスケール１１ａは、撮像装置２から２ｍ離れた位置に配置する。

この状態で、撮像装置２により画像を取得する。スケール１１は、画像内に図５（Ｂ）に示す如く映り込むので、画像内におけるこれらのスケール１１の寸法を測定すれば、撮像装置２からの距離が互いに異なる複数箇所（ここでは２箇所）について、画像内における単位実長あたりの寸法を把握することができる。すなわち、撮像装置２から１ｍ離れた場所における単位実寸（１０ｃｍ）あたりの画像内の画素数、および、撮像装置２から２ｍ離れた場所における単位実寸あたりの画像内での寸法（画素数）が、画像内における各スケール１１ａ，１１ｂの一辺の長さとして把握できる。こうして、互いに撮像装置２からの光軸方向における距離が異なる２箇所以上において対応付けられた距離と、画像内における単位実寸あたりの寸法のデータに基づき、以下に説明する原理により、撮像装置２からの距離と、画像内における寸法（画素数）あたりの実寸を求めることができる。

所定の寸法（１０ｃｍ）を有する２つのスケール１１ａ，１１ｂを図５（Ａ）中に示す如く撮像範囲Ａ内に配置した場合、各スケール１１ａ，１１ｂの撮像装置２からの光軸方向における距離がそれぞれｌ_１，ｌ_２であるとする。そして、図５（Ｂ）中に示す如く、画像内に映り込んだ各スケール１１ａ，１１ｂの長さ方向の画素数がそれぞれｓ_１，ｓ_２であるとする。この場合、実空間における撮像装置２からの距離（撮像装置２の画角の頂点からの光軸方向における距離）がＬである地点において、１０ｃｍの実寸に対応する画像内の画素数をＳ_ｐｉｘとすると、Ｓ_ｐｉｘは距離Ｌに応じて以下の式に従い決定される。
［式３］
Ｓ_ｐｉｘ＝ａ／（Ｌ－ｂ）
ただし、
ａ＝ｓ_１ｓ_２×（ｌ_２－ｌ_１）／（ｓ_１－ｓ_２）
ｂ＝（ｌ_１ｓ_１－ｌ_２ｓ_２）／（ｓ_１－ｓ_２）

すなわち、ＬとＳ_ｐｉｘはａを係数とする双曲線をなし、ｂは画角の頂点と焦点との距離に相当する。焦点の位置（Ｌ＝ｂ）ではＳ_ｐｉｘ＝∞、無限遠（Ｌ＝∞）ではＳ_ｐｉｘ＝０となる。

こうして、標識光３の照射された対象物１０の画像内における位置（図３、図４参照）から、上記式２により撮像装置２からの距離Ｌを求め、さらに上記式３を用いて距離Ｌに応じた単位実長あたりの画像内における寸法（ここでは、実長１０ｃｍあたりの画素数Ｓ_ｐｉｘ）を求める。目的の対象物１０の画像内における寸法（画素数）に１０／Ｓ_ｐｉｘを乗じれば、対象物１０の実寸をｃｍ単位にて求めることができる。

尚、上述の如き計算はあくまで原理に基づくものであって、実際上、距離Ｌと実寸あたりの画像内における寸法との関係を求めるにあたっては別の方法を採用しても良い。例えば、撮像装置２からの距離がｌ_１ｍの地点と、ｌ_２ｍの地点において、それぞれ単位実寸（１０ｃｍ）あたりの画像内における画素数がｓ_１、ｓ_２であったとした場合、撮像装置２からｌ_１ｍ～ｌ_２ｍの距離に位置する対象物１０については、単位実寸あたりの画像内における画素数が、ｓ_１～ｓ_２の間で直線的に変化すると見なす。具体的な数値に基づいて述べれば、例えば撮像装置２からの距離が１ｍの地点に設置されたスケール１１の一辺（１０ｃｍ）あたりの画素数が１０００ｐｉｘ、２ｍの地点に設置されたスケール１１の一辺あたりの画素数が４００ｐｉｘであったとした場合（図５（Ａ）中の一点鎖線参照）、撮像装置２からの距離が１ｍ～２ｍの間では、単位実寸（１０ｃｍ）あたりの画素数が、撮像装置２からの距離が１ｃｍ増す毎に（１０００－４００）／（２００－１００）＝６ｐｉｘずつ減少すると見なすのである。この場合、例えば撮像装置２からの距離が１．３ｍの位置にある対象物１０では、単位実寸（１０ｃｍ）あたりの画素数は８２０ｐｉｘと見なし、寸法を決定することができる。勿論、こうした方法は厳密に正確ではないが、魚介類である対象物１０の寸法を測定するような用途においては実用に十分耐え得る近似値を得ることができる。また、例えばスケール１１の設置数を増やして撮像装置２からの距離に対する単位実寸あたりの画像内における寸法（画素数）を多く（３点以上）の測定点で取得し、該３点以上の測定点同士の間で上述の如き近似を行うようにすれば、精度を向上させることもできる。

このようなキャリブレーションを最低一度実行しておけば、撮像装置２に関し、撮像装置２からの対象物１０の距離Ｌと、単位実寸あたりの画像内における寸法（画素数）の関係を求めることができ、上述の如き画像（図３参照）から対象物１０の寸法を求める際に利用することができる。無論、スケール１１によるキャリブレーションは、撮像の条件や用途等が異なる条件下で液中物測定装置１を使用する場合等には、その都度やり直しても良い。

また、ここでは複数（２つ）のスケール１１を一度に撮像する場合を例示したが、例えば１つのスケールをある位置に設置して撮像した後、撮像装置２からの距離Ｌが異なる別の位置に設置して撮像しても良い。撮像装置２からの対象物１０の距離Ｌと、単位実寸あたりの画像内における寸法（画素数）の関係を求めることができる限りにおいて、スケール１１の撮像に際し手順等は問わない。

あるいは、上記式３の如き計算を経ず、画像内において対象物１０をスケール１１と比較することにより直接寸法を求めることも可能である。例えばスケール１１として、図６（Ａ）に示す如く、所定の幅（例えば１０ｃｍ）の帯状の面を有するスケール１１ｃを撮像範囲Ａ内に設置し、撮像装置２で撮像する。スケール１１ｃは、照射装置４から照射される標識光３のなす面に沿って配置する。

このようにすると、図６（Ｂ）の画像内に示す如く、スケール１１ｃの幅（画像における高さ方向の寸法）は画像外の照射装置４（図６（Ａ）参照）から離れるほど狭く映る。画像内の各所におけるスケール１１ｃの幅は無論、撮像装置２からの光軸方向の距離に応じた実長１０ｃｍ分の画素数を表す。一方、上記式２に説明したように、本実施例では、画像内の幅方向における標識光３の照射位置（Ｘ_ｐｉｘ）が、該標識光３の照射された対象物１０の撮像装置２からの距離Ｌに対応している（図３、図４参照）。そして、スケール１１ｃは帯状の面が標識光３の照射される面に沿うように配置されるので、標識光３が照射されたある地点の撮像装置２からの距離（図４（Ａ）における距離Ｌ）は、スケール１１ｃのうち、前記地点と撮像範囲Ａないし画像内における左右方向（幅方向）の位置（図４および図６におけるＸ，Ｘ_ｐｉｘ）が同じである部分の距離（図６（Ａ）における距離Ｌ）に合致する。距離Ｌが合致すれば、単位実長あたりの画像内における寸法（画素数）も一致するので、その部分におけるスケール１１ｃの幅を、所定の実長（ここでは１０ｃｍ）に相当するとして扱うことができる。

つまり、図３に示す如く、ある対象物１０に標識光３が照射されている場合、この対象物１０における標識光３の照射部が画像の右端からＸ_ｐｉｘの距離にあるとすると（図４（Ｂ）参照）、図６（Ｂ）に示す画像において、画像の右端からＸ_ｐｉｘの距離にあたるスケール１１ｃの幅（Ｓ_ｐｉｘとする）を取得すれば、このＳ_ｐｉｘの値を、図３内に映った目的の対象物１０における単位実長（１０ｃｍ）あたりの画素数と扱うことができる。よって、図３に示す画像内における対象物１０の寸法に１０／Ｓ_ｐｉｘを乗じれば、対象物１０の実寸を得ることができる。このように、図６に示す如きスケール１１ｃの配置によれば、距離Ｌを算出する手順を踏むことなく、画像内におけるスケール１１ｃの寸法から対象物１０の寸法を直接把握することができ、より簡便である。

図５（Ｂ）や図６（Ｂ）に示す如きスケール１１を映した画像を取得するにあたっては、図５（Ａ）や図６（Ａ）に示す如くスケール１１を配置した液中物測定装置１を液８中等に設置し、スケール１１と共に対象物１０を撮像することができる。ただし、スケール１１と対象物１０が互いに視界の妨げになったり、対象物１０が魚類等である場合にはスケール１１のような構造物を警戒して液中物測定装置１に近寄らない可能性もある。よって、スケール１１の撮像は対象物１０の撮像とは別に行い、後から対象物１０を映した画像（図３参照）とスケール１１を映した画像を適宜並べ、もしくは重ねるようにして寸法を取得する方式がより好適である。

尚、スケール１１の形状や配置はここに示した例に限定されない。例えば図５や図６に示す如きスケール１１ａ，１１ｂ，１１ｃの代わりに、多段の梯子型のスケール１１を用いることもできるし、その他、画像内において単位実長あたりの寸法を把握できる限り、スケール１１としては種々の形状の物体を採用し得る。あるいは、スケール１１に実寸を示す目盛りを付しても良い。また、図６に示す帯状のスケール１１ｃは、標識光３に沿って配置するのが好適であると上に説明したが、ここでいう「標識光３に沿って配置」とは、必ずしもスケール１１ｃのなす面が標識光３のなす面と一致している必要はない。測定精度の面からは、スケール１１ｃのなす面が標識光３のなす面と一致し、且つ帯状の面をなすスケール１１ｃの中心線が、Ｂ１（撮像装置２の光軸と照射装置４の照射口４ｃを含む面）と標識光３のなす面との交線と一致するのが理想であるが、実際的には、スケール１１ｃのなす面が標識光３のなす面に対して多少傾いていたり、スケール１１ｃの中心線が前記交線からずれていたとしても十分な測定精度を得ることができる。

以上に説明した方法ｉまたは方法ｉｉ、あるいはその他の方法により、対象物１０の単位実長あたりの画像内における寸法を取得することができる。

・手順２）画像内における対象物１０の形状の把握

画像内における対象物１０の形状は、例えば人力で特定することができる。その場合、例えば図３に示す如き元画像を解析装置１２のディスプレイ上に映し、標識光３が照射された各対象物１０の形状を目視により確認し、解析装置１２に備えたマウスを用いて輪郭をなぞるといった操作により、対象物１０の画像内における位置、大きさ、形状を特定すれば良い。その他に、例えば人工知能による機械学習等を用い、自動的に形状を検出するようにしても良い。

次に、画像内において特定された対象物１０の輪郭に基づき、対象物１０が画像内に占める領域が判別できるようにした画像データを、元の画像とは別に生成する。例えば、図３に示す如き画像から図７に示す如く、画像内において特定の対象物１０の占める領域の画素を一の値（ここでは白）に、それ以外の領域の画素を他の値（ここでは黒）に設定した二値画像を生成する。このようにすると、画像において対象物１０の占める領域とそれ以外の領域を自動的に判別するにあたって簡便である（尚、以下では、撮像装置２により取得された画像を「元画像」、該元画像から生成された対象物１０の占める領域を判別可能な画像を「対象物判別画像」と称することとする）。

・手順３）求める対象物１０の寸法の画像内における測定

対象物判別画像を生成したら、該対象物判別画像内における対象物１０の寸法を測定する。ここで、上述の通り、対象物１０の形状等によっては、寸法を測定するにあたり、点と点の間の直線距離を単純に測定する方法では適切でない場合がある。

正しい長さを測定するためには、例えば直線的な姿勢で画像に映り込んでいる魚（対象物１０）のみを選択して測定するようにしても良いが、その場合、測定対象として採用できる対象物１０の割合が少なくなるので、十分な数のサンプルを測定するために必要な画像の枚数が多くなり、撮像装置２による元画像の取得に手間がかかってしまう。また、測定対象として適当な姿勢の対象物を選定する手間も生じる。

そこで、本実施例では、画像内における対象物１０の中心線に沿って長さを測定する方法により、曲線的な姿勢を取った対象物１０であっても、長さを精度よく測定できるようにしている。具体的には、まず対象物判別画像内において対象物１０の占める領域のうち、Ｘ方向に関して端部にあたる点（ここでは「端点」と称する）の座標を取得する。次に、両端点Ｐ１，Ｐ２同士の間の複数のＸ座標において、対象物１０の占める領域のＹ方向に関する中央にあたる点（ここでは「中間点」と称する。また、端点と中間点をまとめて「計測点」と称することとする）の座標を複数取得する。Ｘ方向に隣接する計測点同士を線分で繋いでいくと、その線（「計測線」と称する）は目標とする対象物１０の中心線に概ね沿った線であり、該計測線の長さは、対象物１０の長さと見なすことができる。こうすることで、Ｘ方向に隣接する計測点間の距離の合計値を、計測線の長さとして簡便に取得することができる。尚、「中心線」とは、対象物１０の長手方向に沿い、且つ対象物１０の短手方向に関して中央の位置を通る線を指す。

対象物判別画像に基づく対象物１０の長さの測定手順の一例を、図８、図９のフローチャート、および図１０の模式図を参照しながら説明する。

ステップＳ１として、上記手順２の如く自動または手動により対象物判別画像を生成する。対象物判別画像が図７に示す如き二値画像である場合、一の値（白）に設定された画素は対象物１０の占める領域にあたり、他の値（黒）に設定された画素はそれ以外の領域であると判別することができる。

続いて、対象物判別画像について、対象物１０の占める領域のＸ方向に関して両端にあたる端点（図１０中にＰ１、Ｐ２として示す）の座標を検出し、記録する（ステップＳ２）。ステップＳ３～Ｓ１１では、一方の端点Ｐ１から他方の端点Ｐ２に向かってＸ座標をＤｘずつずらしながら、各Ｘ座標ごとに中間点（図１０中にＱ１，Ｑ２，……Ｑｎとして示す）のＹ座標を取得していく。

ここで、Ｄｘとは各計測点の座標を取得するにあたり、計測点同士のＸ方向における間隔として設定される値である。Ｄｘの具体的な数値は任意に設定することができ、例えば固定値とすることもできるし、あるいは両端点同士のＸ方向に関する距離を適当な数（例えば、１００）に等分した値を用しても良い。その他、Ｄｘとしては適当な値を適宜採用することができるが、計測線が対象物１０の中心線に概ね沿う程度には、対象物１０の長さに対して十分に小さい値とすることが望ましい。

ステップＳ５～Ｓ１１では、特定のＸ座標における中間点のＹ座標を取得していくが、ステップＳ３ではそれに先立ち、座標を取得する中間点のＸ座標を決定する。ステップＳ２で端点Ｐ１の座標を検出した直後のステップＳ３では、端点Ｐ１のＸ座標から端点Ｐ２に向かってＤｘだけずらしたＸ座標を、Ｓ５以降の操作を行うＸ座標と定める。

ステップＳ４では、ステップＳ３で定めたＸ座標が、対象物１０の占める領域の範囲内か否かを判定する。端点Ｐ１，Ｐ２の画像内における座標がそれぞれ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）であるとすると、ステップＳ４では、ステップＳ３で定めたＸ座標（Ｘ）がＸ１≦Ｘ≦Ｘ２であるか否かを判定する。ステップＳ３で定めたＸ座標（Ｘ）がＸ１以上、Ｘ２以下であるとステップＳ４で判定された場合には、ステップＳ５に移る。

ステップＳ５～Ｓ１０では、ステップＳ３で定めたＸ座標において、対象物１０の占める領域のＹ方向における両端（「始点」および「終点」と称する）を検出する。そして、ステップＳ１１で、始点と終点の中央のＹ座標を中間点のＹ座標として記録する。

ステップＳ５では、ステップＳ３で定めたＸ座標において、始点のＹ座標が記録されているか否かを判定する。記録されていなければステップＳ６に進み、まずＹ方向における一方の端にあたる画素に関し、当該画素が対象物１０の占める領域内にあたるか否かを判定する。輪郭判別画像が図７に示す如き二値画像の場合、対象の画素が白と定義されていれば、当該画素は対象物１０の占める領域内、黒と定義されていれば領域外と判定できる。

ステップＳ６において、対象とする画素が領域外（黒）と判定された場合には、同じＸ座標における次の画素に移る。先のステップＳ６で判定を行った画素から、Ｙ座標を他端に向かってＤｙだけずらした座標を、次に判定を行う座標として決定し（ステップＳ７）、ステップＳ５に戻る。

Ｄｙは、あるＸ座標にある各画素が、対象物１０の占める領域内にあるか否かをＹ方向に沿って順次判定していく際に、判定対象となる画素同士の間隔に相当する値である。Ｄｙの値は任意に設定することができるが、始点、終点および中間点の座標を実用上、十分な精度で取得できる程度に小さく設定することが望ましい。例えば、１画素～数画素程度とすることができる。あるいは、対象物判別画像のＹ方向における画素数を適当な数に等分した値をＤｙとして用いても良い。

このように、現在のＸ座標に始点の記録がない状態でステップＳ５～Ｓ７を繰り返すと、ステップＳ３で定めたＸ座標において、Ｙ方向における一方の端から他方の端に向け、Ｙ座標をＤｙずつずらしながら、各画素が対象物１０の占める領域外（黒）か領域内（白）かを判定していくことになる。現在のＸ座標において、対象物１０の占める領域がＹ方向に関して中間部に位置している場合、ステップＳ５～Ｓ７を一方の端から他方の端へ向けて繰り返していくと、はじめは領域外（黒）の判定が続くが、いずれは領域内（白）の画素に到達し、ステップＳ６において対象の画素が領域内であると判定される。この画素は、現在のＸ座標において一方の端から順に各画素が対象物１０の占める領域内か否かを判定していったときに初めて「領域内」と判定された画素であり、現在のＸ座標において対象物１０の占める領域のうち、一方の端にあたる画素である。

こうして、現在のＸ座標において初めて「領域内」と判定される画素がステップＳ６で検出されたら、当該画素の座標を、現在のＸ座標における「始点」および「終点」の座標として記録する（ステップＳ８）。記録したら、さらにＹ座標を他端に向かってＤｙずらした座標の画素を次の画素に設定し（ステップＳ７）、ステップＳ５へ戻る。

ステップＳ６で「領域内」の画素が検出された後は、ステップＳ８で始点の座標が記録されているので、ステップＳ５では「始点の座標が記録されている」と判定される。その場合は、ステップＳ９に進み、対象の画素が対象物１０の占める領域内か否かを判定する。対象の画素が領域内（白）であればステップＳ１０に進み、「終点」の座標を更新する。更新したら、さらにＹ座標を他端に向かってＤｙずらした座標の画素を次の画素に設定し（ステップＳ７）、ステップＳ５へ戻る。ステップＳ９において「領域内」との判定が続いている間は、ステップＳ５からステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ７が繰り返され、終点の座標が更新されていく（つまり、Ｙ座標がＤｙずつ加算されていく）。

このように、始点の座標の記録があり、且つステップＳ９で「領域内」との判定が続いている間は、Ｙ座標をＤｙずつずらしながらＹ方向の一方から他方に向かってステップＳ９の判定を繰り返すことになる。現在のＸ座標において対象物１０の占める領域がＹ方向に関して中間部に位置している場合、Ｙ座標を他方へずらしながらステップＳ９，Ｓ１０の処理を続けていくと、いずれ対象物１０の占める領域の外の画素に到達する。このとき、ステップＳ９で対象の画素が対象物１０の占める領域外（黒）であると判定される。この場合は、終点のＹ座標を更新するステップＳ１０は行わず、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１に進んだ時点で記録されている始点および終点の座標は、現在のＸ座標において、対象物１０の占める領域のＹ方向に関し両端にあたる点の座標である。ステップＳ１１では、この始点と終点を結ぶ線分の中点にあたる座標を、現在のＸ座標における中間点の座標として記録する。中間点の座標を記録したらステップＳ３に戻り、対象のＸ座標をＤｘだけずらす。ずらしたＸ座標が対象物１０の占める領域の範囲内であれば（ステップＳ４）、次のＸ座標についてステップＳ５～Ｓ１１を実行する。

このようにステップＳ３～Ｓ１１を繰り返していくと、対象物１０の一方の端点Ｐ１から他方の端点Ｐ２に向け、Ｘ座標をＤｘずつずらしながら、図１０に示す如く、各Ｘ座標ごとに始点（Ｒ１，Ｒ２，……Ｒｎ）、終点（Ｓ１，Ｓ２，……Ｓｎ）および中間点（Ｑ１，Ｑ２，……Ｑｎ）の座標を取得していくことになる。処理対象のＸ座標が対象物１０の占める領域外へ到達し、それがステップＳ４で判定されると、計測点（端点Ｐ１，Ｐ２および中間点Ｑ１，Ｑ２，……Ｑｎ）の取得は終了する。こうして、各中間点Ｑ１，Ｑ２，……Ｑｎの座標を簡便に取得することができる。

隣接する計測点同士を線分で繋いだ計測線（図１０中にＭＬの符号で示す）は、対象物１０の中心線に概ね沿っている。そこで次に、各計測点の座標に基づき、この計測線ＭＬの長さを算出する。

まず、一方の端点Ｐ１の座標を取得する（図９、ステップＳ２１）。続いて、現在のＸ座標から、他方に向かってＤｘだけずらしたＸ座標までの間に計測点（次の計測点）が存在するか否かを判定する（ステップＳ２２）。次の計測点が存在する場合は、該次の計測点の座標を取得し、現在の計測点から次の計測点までの距離を算出する（ステップＳ２３）。算出した距離を、現在の累積距離に加算する（ステップＳ２４）。尚、最初のステップＳ２４においては、累積距離はゼロであるので、端点Ｐ１と、その隣の中間点Ｑ１との距離が累積距離として記録される。累積距離を加算したら、対象のＸ座標を他方へＤｘだけずらし（ステップＳ２５）、ステップＳ２２へ戻る。

こうして、一方の端点Ｐ１から他方の端点Ｐ２に向かい、各計測点同士の距離を算出し、順次積算していく。端点Ｐ２まで距離の算出および積算が済むと、ステップＳ２２において「次の計測点が存在しない」との判定がなされるので、そこで処理を終了する。処理が終了した時点における累積距離が、対象物判別画像における計測線ＭＬの長さである。

・手順４）画像内における寸法と実寸の対応関係からの実寸の算出

対象物判別画像内における計測線ＭＬの長さが算出されたら、手順１で取得した画像内における寸法と実寸との対応関係に基づき、対象物１０の実長を算出することができる。すなわち、手順１において取得された「対象物１０の単位実長あたりの画像内における寸法」の逆数を計測線ＭＬの長さに乗じた値が、対象物１０の実際の長さである。

元画像（図３参照）に、標識光３が照射された計測可能な対象物１０が複数映っている場合は、各対象物１０ごとに対象物判別画像を生成し、計測線の長さを算出する。

以上の如き測定方法によれば、対象物１０が画像内において曲線的な形状を取っていても、対象物１０の長さを精度よく測定することができる。この際、対象物１０の長手方向がＸ方向に対してある程度傾斜していても、取得される中間点の座標は対象物１０の中心線に概ね沿ったものと見なすことができるので、実用上、さして支障はない。

尤も、対象物１０がＸ方向に対して大きく傾斜していたり、対象物１０の形状が著しく湾曲していると、端点や中間点の正確な取得が難しくなることが想定される。そういった場合は、撮像装置２により取得された元画像を適当な角度に回転させて対象物判別画像を生成したり、幾つかに分割して対象物判別画像を生成し、それぞれについて計測線の長さを測定し、それらを合計する、といった方法で対応することができる。

また、対象物１０が養殖槽内の魚である場合には、魚は限られた空間を概ね一定の向きに遊泳しており、しかも遊泳中の魚であれば計測の取得が困難なほど湾曲した姿勢を取ることは少ないので、適当な場所と角度を選んで撮像装置２を設置すれば、はじめから計測に適した元画像および対象物判別画像を取得することが可能である。

尚、対象物１０が魚等の水中生物である場合、撮像装置２の設置位置は、対象物１０の運動方向に合わせて設定することが好ましい。すなわち、対象物１０が例えばタイやアジ等、横方向にくねるような動きをする生物であれば、対象物１０の上方または下方に撮像装置２を設置し、対象物１０を上方または下方から撮像した画像として元画像を取得すると良い。また、対象物１０がヒラメ等の場合は、縦方向に波打つように動くので、対象物１０の横に撮像装置２を設置し、横方向から撮像すると良い。このようにすると、対象物１０のくねり方向に沿った計測線の長さを好適に取得することができる。

以上のように、上記本実施例においては、画像内に映り込んだ液８中の対象物１０の中心線に沿った計測線ＭＬの長さを、対象物１０の長さとして算出するようにしている。このようにすれば、画像内において対象物１０が曲線的な形状を取っていたとしても、対象物１０の長さを精度よく取得することができる。

また、本実施例の液中物の測定方法においては、画像内における対象物１０の占める領域のうち、Ｘ方向に関する端部にあたる端点Ｐ１，Ｐ２の座標を計測点の座標として取得すると共に、端点Ｐ１，Ｐ２同士の間の複数のＸ座標において、対象物１０の占める領域のＹ方向に関する中央にあたる中間点Ｑ１，Ｑ２，……Ｑｎの座標を計測点の座標として取得し、Ｘ方向に隣接する前記計測点間の距離の合計値として、計測線ＭＬの長さを取得するようにしている。このようにすれば、対象物１０の中心線に沿った計測線ＭＬの長さを簡便に取得することができる。

また、本実施例の液中物の測定方法においては、各Ｘ座標における対象物１０の占める領域のＹ方向に関する両端の座標をそれぞれ始点Ｒ１，Ｒ２，……Ｒｎの座標および終点Ｓ１，Ｓ２，……Ｓｎの座標として取得し、始点Ｒ１，Ｒ２，……Ｒｎと終点Ｓ１，Ｓ２，……Ｓｎを結ぶ線分の中点にあたる座標を各中間点Ｑ１，Ｑ２，……Ｑｎの座標として取得するようにしている。このようにすれば、中間点Ｑ１，Ｑ２，……Ｑｎの座標を取得するにあたって簡便である。

また、本実施例の液中物の測定方法においては、対象物１０を撮像した元画像から、対象物１０の占める領域の画素を一の値に、それ以外の領域の画素を他の値に設定した二値画像を対象物判別画像として生成するようにしている。このようにすれば、画像において対象物１０の占める領域とそれ以外の領域を判別するにあたって簡便である。

また、本実施例の液中物の測定方法においては、対象物１０を水中生物としており、このようにすれば、水中生物の長さを好適に取得することができる。

また、本実施例の液中物の測定システムは、上述の液中物の測定方法を実行可能に構成されている。

したがって、上記本実施例によれば、対象物の寸法を画像に基づいて精度よく簡便に取得し得る。

尚、本発明の液中物の測定方法およびシステムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

８液
１０対象物

Claims

画像内に映り込んだ液中の対象物の占める領域のうち、Ｘ方向に関する端部にあたる端点の座標を計測点の座標として取得すると共に、
前記端点同士の間の複数のＸ座標において、前記対象物の占める領域のＹ方向に関する中央にあたる中間点の座標を計測点の座標として取得し、
Ｘ方向に隣接する前記計測点間の距離の合計値として算出した計測線の長さを、対象物の長さとして取得することを特徴とする液中物の測定方法。
各Ｘ座標における前記対象物の占める領域のＹ方向に関する両端の座標をそれぞれ始点の座標および終点の座標として取得し、
前記始点と前記終点を結ぶ線分の中点にあたる座標を前記各中間点の座標として取得すること
を特徴とする請求項１に記載の液中物の測定方法。
前記対象物を撮像した元画像から、前記対象物の占める領域の画素を一の値に、それ以外の領域の画素を他の値に設定した二値画像を対象物判別画像として生成すること
を特徴とする請求項１または２に記載の液中物の測定方法。
前記対象物は水中生物であること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の液中物の測定方法。
対象物の画像データを取得する撮像装置と、取得した画像データを解析する解析装置を備え、請求項１～４のいずれか一項に記載の液中物の測定方法を実行可能に構成したことを特徴とする液中物の測定システム。